Peut-on vivre sur Tatooine ?

Qui aime Star Wars connaît bien Tatooine. Repère de hors-la-loi situé aux confins de la galaxie, lieu de naissance d’Anakin Skywalker/Dark Vador, et refuge de Luke Skywalker, cette planète désertique a stimulé l’imagination des fans. Son aspect le plus marquant, c’est la présence de ses deux soleils, Tatoo I et Tatoo II. Mais, deux soleils, ça chauffe bien plus que notre Soleil, et peut-être un peu trop.

Coucher de deux soleils sur Tatooine. Crédit : Lucasfilm Ltd. & TM. Tous droits réservés.

Coucher de deux soleils sur Tatooine. Crédit : Lucasfilm Ltd. & TM. Tous droits réservés.

Et si Tatooine était en réalité invivable pour nous, êtres humains ? La chaleur nous serait peut-être trop insupportable et nous y mourrions brûlés vif, déshydratés. Ou, au contraire, un humain, comme Luke Skywalker, pourrait très bien y admirer un coucher de deux soleils tous les soirs, à l’air libre. Pour avoir quelques éléments de réponse, nous allons, à la façon de Roland Lehoucq, étudier « scientifiquement » cette planète.

Tatooine et les planètes à deux soleils

Vue d'artiste d'une exoplanète désertique, inspirée par la découverte de la planète Gliese 876 d

Vue d’artiste d’une planète désertique — National Science Foundation

Les planètes qui tournent autour de deux soleils ne sont pas que de la science-fiction. En témoignent les découvertes relativement récentes du télescope Kepler, dont la plus ancienne date de 2011. On a même donné le surnom de « Tatooine » à la première d’entre elles, Kepler-16 b. Néanmoins, Kepler 16-b n’est pas la Tatooine de Star Wars, car les étoiles autour desquelles elle tourne sont beaucoup moins lumineuses que Tatoo I et Tatoo II (2 étoiles aussi lumineuses que le Soleil). D’ailleurs, comme je l’ai mentionné dans un article précédent, Kepler 16-b se trouve en dehors de la zone habitable, c’est-à-dire la zone autour du (des) soleil(s) dans laquelle une planète reçoit ni trop, ni trop peu d’énergie solaire pour avoir de l’eau liquide. Kepler 16-b est donc bien trop froide pour ressembler à la planète torride que nous connaissons.

Mais que savons-nous de Tatooine ? De ce que nous tirons des films1, Tatooine est une planète tellement torride que seule une petite zone dans l’hémisphère nord peut être habitée, par des créatures indigènes, mais aussi par des humains. Les deux soleils Tatoo I et Tatoo II ont la même luminosité que notre Soleil, une donnée dont nous tiendrons en compte dans nos calculs. Reste maintenant à savoir si Tatooine se situent à la bonne distance de ses deux soleils, suffisamment proche pour qu’elle soit torride, mais assez loin pour que l’humain puisse y vivre.

Quelle est l’orbite de Tatooine ?

Pour connaître l’orbite de Tatooine, nous allons modestement emprunter le raisonnement et les résultats de Roland Lehoucq dans son livre Faire des sciences avec Star Wars (que l’intéressé nous pardonne, mais il serait difficile de le dépasser en ce domaine). Les personnes qui le souhaitent peuvent voir les détails de ses calculs à la fin de l’article. Voici ce qu’il a écrit dans son livre2 (les parties mis en gras le sont de mon fait) :

Si l’on suppose que le diamètre apparent des deux étoiles est voisin de celui de notre Soleil, soit 0,5°, la séquence du film permet d’estimer que leur séparation est de l’ordre de 3°. Voici un exemple d’emplacement cohérent pour une planète désertique comme Tatooine : à deux cent millions de kilomètres, une planète aurait une orbite stable et verrait ses soleils séparés d’au plus 3°. Elle recevrait 12 % d’énergie en plus de celle que reçoit la Terre du Soleil, expliquant ainsi la température élevée qui règne à sa surface…

Ainsi, selon Roland Lehoucq, la distance de Tatooine à ses deux soleils serait plus grande que la distance Terre-Soleil (150 millions de kilomètres), mais un peu moins grande que la distance Mars-Soleil (225 millions de kilomètres). Une telle orbite remplirait la condition de stabilité requise pour une planète orbitant autour 2 soleils : une distance aux deux soleils supérieure à 4 fois celle qui sépare les deux soleils3. Tatooine recevrait plus d’énergie de ses soleils que la Terre du sien, pas deux fois plus, mais seulement 12 % en plus vu son plus grand éloignement de ses soleils comparé à la Terre.

Comme le rayonnement solaire incident moyen sur Terre est de 340 watts par mètre carré4, celui sur Tatooine serait donc de 380 watts par mètre carré, soit 40 watts par mètre carré en plus que sur Terre. C’est comme si l’on ajoute un gros tube de néon sur chaque mètre carré de la surface de la Terre. Or, une augmentation de quelques watts par mètre carré sur Terre chamboule déjà tout son climat, comme l’attestent les rapports du GIEC. Alors, que de dire de plusieurs dizaines de watts ?

Climat de Tatooine : une question d’albédo et de de gaz à effet de serre

Cependant, le climat d’une planète est bien plus complexe qu’une simple question d’énergie solaire. Tout d’abord, une partie de l’énergie solaire n’est pas absorbée par la planète mais est réfléchie dans l’espace. Le taux d’énergie réfléchie par rapport à l’énergie incidente est appelé albédo. Il vaut 0,3 en moyenne sur Terre. Pour trouver l’albédo de Tatooine, nous pouvons supposer qu’il soit similaire à l’albédo d’un désert de sable sec et sans plante5, qui se situe entre 0,35 et 0.45. En se basant sur ces valeurs d’albédo, Tatooine recevrait entre -12 % et +4 % d’énergie d’énergie solaire par rapport à la Terre (en tenant compte de son albédo moyen de 0,3). Cela donne une bonne marge pour imaginer un climat torride mais vivable sur cette planète.

En outre, l’effet de serre sur Tatooine pourrait bien ne pas être le même que celui sur Terre. En effet, les deux planètes ont une atmosphère. Sans la sienne, la Terre serait en moyenne 33 °C plus froide qu’elle ne l’est en réalité. Cette atmosphère agit comme un isolant qui empêche une partie de la chaleur de s’échapper. L’origine de ce mécanisme, ce sont les gaz à effet de serre, qui, selon selon leur type et leur quantité, réchauffe la planète de plusieurs degrés supplémentaires.

Dunes de la Vallée de la Mort, supposée être aussi chaude et sèche que Tatooine. (Crédit : Wikimedia Commons)

Dunes de la Vallée de la Mort, lieu supposé être aussi chaud et sec que Tatooine. (Crédit : Wikimedia Commons)

Or, si nous supposons que les atmosphères de la Terre et de Tatooine sont à peu près similaires (vu que des humains y respirent), ces deux planètes n’auraient pas les mêmes quantité de gaz à effet de serre. La raison : le premier gaz à effet de serre sur la Terre est la vapeur d’eau, élément qui recouvre 70 % de nos océans. Or, sur Tatooine, planète désertique, l’eau est rare, et il y a donc beaucoup moins de vapeur d’eau que sur Terre. Si l’on suppose que les température et taux d’humidité de Tatooine sont similaires aux valeurs extrêmes de la Vallée de la Mort6 (57 ° C et 3 % d’humidité relative), la teneur en vapeur d’eau dans l’atmosphère serait de 0,3 %, soit moins d’un tiers de la teneur en vapeur d’eau moyenne sur Terre7 (1 % de vapeur d’eau dans l’atmosphère). De même, la présence du méthane, un autre gaz à effet de serre sur Terre serait aussi très rare sur Tatooine, vu le peu d’êtres vivants et de cultures sur cette planète.

Toutes ces données pourraient contribuer à diminuer l’excès de température sur Tatooine. Bien sûr, on peut toujours jouer avec les paramètres pour laisser juste assez d’ensoleillement pour rendre la planète « brûlante ». De même, quelle que soit la chaleur qui y règne, le climat désertique (jours torrides, nuits très froides) et la faible humidité du lieu le rendent déjà difficile à vivre pour l’homme. Néanmoins, seul un modèle climatique complet de la planète nous permettra d’avoir une idée plus précise de sa température à la surface. Plus qu’à attendre qu’un climatologue muni d’un excellent modèle s’attelle à la tâche.

Réchauffement climatique sur Tatooine

Ainsi, il est très probable que Tatooine soit très torride, mais juste assez pour que l’être humain puisse y vivre. Mais pour combien de temps ? Car le climat change selon les époques. D’ailleurs, un chercheur, David Ng, et ses 23 droïdes ont mis le doigt sur un phénomène qui date de l’époque de Luke Skywalker : Tatooine se réchauffe. En effet, de plus en plus d’être vivants décident d’y vivre, causant un besoin d’eau grandissant. Ceci provoque une augmentation de l’activité des fermes d’humidité. Et comme ces fermes produisent de la vapeur d’eau, un gaz à effet de serre, l’humidité de la planète augmente, donc sa température aussi. Ce réchauffement ne sera pas sans conséquences pour les êtres vivants : des espèces risquent de s’éteindre tandis que d’autres vont s’adapter.

Variations de température sur Tatooine du au changement climatique. (David Ng et al., 2015).

Variations de température sur Tatooine dues au changement climatique. (David Ng et al., 2015).

Pour les plus curieux d’entre vous, sachez que ne trouverez pas ces données dans les archives de la Galaxie, mais bien dans le rapport du TIPCC, la version du rapport du GIEC (IPCC en anglais) pour Tatooine. En effet, tout ce que voulait David Ng, c’est de rendre les rapports du GIEC plus compréhensibles au grand public en transposant nos problèmes climatiques actuels sur cette planète fictive.  Néanmoins, toutes ces suppositions et conjectures peuvent très bien s’intégrer dans l’univers de Star Wars, qui reste avant tout une fiction. Mais une chose est sûre : même si l’Épisode VII de Star Wars ne s’est pas passée sur Tatooine, l’histoire naturelle de cette planète dans une galaxie lointaine, très lointaine est bien loin d’être terminée.

 

Bonus : comment trouver l’orbite de Tatooine et calculer l’énergie solaire qu’elle reçoit ?

Calcul de la distance orbitale de Tatooine

Pour trouver l’orbite de Tatooine, Roland Lehoucq dispose de deux données. D’une part, il a le diamètre de notre soleil (qui est aussi celui de Tatoo I et de Tatoo II), d’autre part il connaît l’angle de séparation entre les deux soleils de Tatooine. Cet angle est de 3° maximum et l’angle apparent de Tatoo I et Tatoo II est de 0.5°. Donc, la distance d’un bout de soleil à l’autre est de 8 fois le diamètre du soleil (la distance entre les deux soleils plus les diamètres des deux soleils). Pour calculer avec ces données la distance de Tatooine à ses deux soleils, Roland Lehoucq utilise un peu de trigonométrie.

Distance de Tatooine à ses deux soleils.

Distance de Tatooine à ses deux soleils

Soit d la distance de Tatooine vers le centre de gravité des deux soleils (qui se situe entre les deux soleils du schéma). Si nous formons un triangle rectangle avec Tatooine, un des deux soleils et ce centre de gravité, nous avons le plus petit côté dont la longueur vaut 4 fois le diamètre du soleil D_{sol} et l’angle entre d et l’hypoténuse qui vaut 3°/2 = 1,5°. Selon la trigonométrie, nous avons :

sin (1,5^{\circ}) = \frac{4 D_{sol}}{d}

Donc, en sachant que le diamètre du soleil vaut environ 1 300 000 km nous obtenons :

d = \frac{4 D_{sol}}{sin (1,5^{\circ})} \approx 200\, 000\, 000\, \textrm{km}

Ainsi, la distance de Tatooine à ses deux soleils serait d’environ 200 millions de kilomètres.

Énergie solaire reçue sur Tatooine

On suppose que les deux soleils de Tatooine sont aussi lumineux que le soleil. Si la distance de Tatooine à ses deux soleils était la même que celle de la Terre au sien, elle recevrait deux fois plus d’énergie solaire que la Terre. Mais, selon le raisonnement de Roland Lehoucq, elle serait plus éloignée de ses deux soleils que la Terre, et reçoit donc moins de deux fois d’énergie solaire solaire que la Terre. La quantité d’énergie solaire qu’une planète reçoit est inversement proportionnelle au carré de la distance entre la planète et le(s) soleil(s). Soit F est l’énergie solaire reçue sur Tatooine et S_0 celle reçue sur Terre. Alors F vaut :

F = 2 S_0 \frac{d_{Te}^{\phantom{Te}2}}{d_{Ta}^{\phantom{Ta}2}}.

S_0 est l’énergie solaire moyen reçue sur Terre et d_{Ta} est la distance de Tatooine à ses deux soleils et d_{Te} la distance Terre-Soleil. Si d_{Ta} = d_{Te}, alors Tatooine recevrait 2 fois plus d’énergie solaire que la Terre, d’où le facteur 2 dans l’équation. Mais, étant donné que d_{Te} vaut environ 149,5 millions de km et d_{Ta} 200 millions de km, le rapport d_{Ta}/d_{Te} vaut environ 1,34 et donc :

F = \frac{2 S_0}{1,34^2} \approx 1.12

Tatooine reçoit donc 12 % d’énergie solaire en plus que la Terre.

 

Notes

1. Source : Wookieepedia
2. Référence : (Faire des sciences avec Star Wars, p 59)
3. Dans un article précédent, j’ai mentionné un minima de 2-3 fois la distance entre les deux soleils pour une orbite stable, sur base d’un article de Dvorak datant de 1984. Mais il se pourrait fort bien que Roland Lehoucq se soit basé sur des références plus récentes pour poser comme condition un minima de 4 fois la distance entre les deux soleils pour une orbite stable.
4. Source : Constante solaire
5. Pour trouver l’albédo de la Terre, je me suis basée sur la valeur de l’albédo présentée dans le Earth Fact Sheet de la NASA. Pour trouver l’albédo du sable sec, je me suis basée sur la référence suivante : M. Budyko, Climate and life (Academic Press New York, 1974), p. 54.
6. Référence : http://www.america-dreamz.com/californie/paysages/death_valley.php
7. Le taux d’humidité relative est égal à la pression partielle de la vapeur d’eau divisée par la pression saturante en vapeur d’eau (c’est-à-dire cette de la vapeur d’eau si l’atmosphère humide à 100 %). La pression saturante en vapeur d’eau dépend de la température T et sa valeur en atmosphère vaut environ P_{sat} = (T/100)^4, avec T exprimé en degrés Celsius et P_{sat} exprimé en atmosphères (la pression terrestre vaut 1 atmosphère = 100 325 pascals). Avec une température de 57 °C et un taux d’humidité de 3 %, la pression partielle de la vapeur d’eau sur Tatooine vaut environ 0,003 atmosphère, soit 0,3 % de la quantité d’atmosphère de cette planète, en supposant qu’elle a la même pression atmosphérique que sur Terre. Selon l’Earth Fact Sheet de la NASA, la quantité moyenne de vapeur d’eau sur Terre vaut 1 % de la quantité d’atmosphère. Tatooine ne possède donc que 30 % de la quantité de vapeur d’eau de la Terre.

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